信号与系统实验讲义内容(4)

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u?4Um11(sin?t?sin3?t?sin5?t??) ?35若取

4Um??32V,则u?2(3sin?t?sin3?t?0.6sin5?t??)V

则矩形波各次谐波电压有效值为U1=3V，U3=1V，U5=0.6V，…… ②三角波电压

图4—2

u?8Um?211(sin?t?sin3??sin5???)

925?5.42V,则u?2(5.4sin?t?0.6sin3?t?0.216sin5?t??)V

若取

8Um?2则三角波各次谐波电压有效值为U1=5.4V，U3=0.6V，U5=0.216V%

由上述两种波形电压的傅里叶三角级表达式表明：这两种波形的非正弦周期电压均可用奇次谐波电压叠加获得。

本实验按一定比例用三个相对高奇次谐波的电压进行叠加，并通过测绘测量谐波电压和叠加后合成的非正弦周期电压，从而了解电信号合成、分解方法及谐波电压间关系：

22U?U0?U12?U2?U32??

并研究电路信号频率、相位失真问题。 三、实验任务

1、按图4—3连接 实验电路，将谐波发生器输出各次谐波的初相位调到同相位置。

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器滤 u’ u0 u1 u2 u3 u4 u5 u6 f0 法反 2f0 3f0 4f0 5f0 器相 u

波 图4—3

加2、分别以50HZ矩形波和三角波的前三次谐波电压值，调出谐波电源上输出电压，送入反相加法器。

①测绘u1、u2、u3及u=u1+u2+u3、u=u1+u2、u=u2+u3u、u=u1+u3的波形，观察波形失真现象；

②测定u1、u2、u3及u=u1+u2+u3、u=u1+u2、u=u1+u3、u=u1+u3有效值； ③分析实验结果，得出实验结论。 四、实验设备：

信号发生器 信号合成与分解模块 双综示波器

五、报告要求

整理并绘出实验中观察到的各种波形，指出它们之间的联系。

一台 一个 一台

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实验五 信号频谱的测试

一、实验目的

1．掌握信号频谱的测试方法，建立波形和频谱之间的联系。 2．了解正弦波、方波、脉冲和调幅波频谱的特点。 3．研究波形的变化对频谱的影响。 二、原理说明

信号的频谱可分振幅频谱、相位频谱和功率频谱三种，分别是将信号的基波和各次谐波的振幅、相位和功率按频率高低依次排列而成的图形。一般讲的频谱都是指振幅频谱。它可以用数字示波器或波形分析仪逐个频率进行测试而得，也可以在频谱仪的荧光屏上直接显示。

图5—1 信号波形与频谱

用一个电信号如正弦波或脉冲波去控制一高频信号的幅度，使其幅度随调制信号而变就得到调幅波。调幅波的频谱与调制信号的频谱是有联系的。它的频谱是以载波频率为中心在两侧对称地重现调制信号的频谱，如图5—1。周期性矩形脉冲的频谱是按照

sinx1规律变化的，它的第一个零点为取决于于脉宽?，谱线的密集程度取决于T，脉

?x冲周期T越长，谱线越密。因此当脉宽不变而周期T延长时谱线会增加而变密， 当周期不变而?变窄时第一个零点的频率会增高，因此信号的波形和它的频谱是一一对应的，它们是对同一电信号的二种不同的描述方法。

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三、预习练习

1．画出重复频率为10kHz方波的频谱图。

2．画出脉宽25?s、重复频率10kHz矩形脉冲的频谱图。

四、实验任务

1．观察方波的频谱

用数字双综示波器从最低频率到最高频率，依次测出被测方波信号中包含的频率成分和谐波幅度。绘出频谱并与理论分析结果相比较。

2．观察经全波整流后波形和频谱的变化

将10kHz正弦信号通过桥式整流电路，如图5—2。分别测出通过整流电路前后的波形和频谱。

图5—2 桥式整流电路 图5—3

3．观察两正弦信号迭加后的波形和频谱。

将音频和高频信号发生器如图5—3联接，则负载R两端波形为二个正弦波的迭加。分别取两个幅度相同而频率又比较接近（100kHz和120kHz）的信号，以及频率相差很远（5kHz和100kHz）的两个信号进行迭加，测出迭加后的波形和频谱。

4．观察调幅信号的频谱

从高频信号发生器得到调制信号为lkHz、载波为200kHz、调幅度为30％的调幅波。测试其波形和频谱。改变调幅度为60％，观察频谱的变化。从外调幅输入端输入频率为5kHz的调制信号，观察频谱的变化。

5．观察脉冲信号的频谱

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观察重复频率10kHz、脉宽为25?s的脉冲信号的频谱，保持重复频率不变，脉宽变为10?s，观察频谱的变化。保持脉宽不变，重复频率变为20kHz，观察频谱的变化。 五、仪器设备

数字示波器 1台 音频信号发生器 1台 高频信号发生器 1台 六、报告要求

1．整理实验数据，画出各种频谱与波形一一对照。 2．实验的收获体会。

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